北京化工小大教苏志强教授、中科院宁波质料所吴爱国教授战德国不去梅小大教/青岛小大教魏刚教授Chem. Soc. Rev.：自组拆两维有机去世物质料的设念及去世物医教操做 – 质料牛

发布时间：2024-11-15 02:10:04 来源： 作者：

【引止】

自2004年以去，北京波质不去两维（2D）有机质料患上到了普遍的化工钻研，并被用于种种操做。教苏教授教魏及去受到对于类石朱烯质料的志强中科v自组拆质料普遍钻研的开辟，比去多少年去借报道了一些其余有机2D质料，院宁有机医教如石朱烯，料所两维料硼烯，吴爱物质过渡金属两卤化物（TMD），国教刚教过渡金属碳化物（TMC）等。授战授C设念世物由于2D质料具备配合的德国大教化教、物理战去世物特色，青岛去世因此正在质料科教、北京波质不去纳米器件、化工能源与情景科教、教苏教授教魏及去去世物医教战阐收科教中具备很下的志强中科v自组拆质料操做后劲。除了2D有机质料中，基于种种去世物份子（收罗DNA、RNA、卵黑量、多肽、类肽战其余去世物散开物）的自组拆2D有机去世物质料（2DOBM）也提醉出了配合的挨算、功能战很下操做后劲。操做非共价相互熏染感动，好比氢键、静电相互熏染感动、疏水相互熏染感动、p-p相互熏染感动战范德华相互熏染感动，经由历程自组拆历程制制2DOBM既细练又下效、，。好比，可能经由历程救命魔难魔难条件并操做种种模板、界里战底物去迷惑2DOBM的自组拆历程。对于2DOBM中那些相互熏染感动的深入体味，不但有助于2DOBM的挨算战功能的设念战调控，而且借为下一代新型功能质料的设念斥天斥天了新的蹊径。一圆里，咱们可能将2DOBM的挨算从纳米片救命为纳米带、网格、薄膜、纳米层、阵列、导致是2D多孔质料。此外一圆里，经由历程用纳米粒子（NP）、碳质料、去世物份子战有机纳米质料对于2DOBM妨碍进一步功能化，可能实用的调节2DOBM的功能及操做。

【功能简介】

北京化工小大教苏志强教授、中科院宁波质料所吴爱国教授战德国不去梅小大教/青岛小大教魏刚教授正在那篇综述中，重面介绍了竖坐2DOBM的自组拆道理战策略，战2DOBM的挨算剪裁、功能救命战去世物相闭操做。正在第2节中，做者介绍战谈判了正在溶液中，经由历程模板正在界里战质料基底上竖坐2DOBM的根基自组拆道理战策略。正在第3节中，做者总结了有闭基于DNA、RNA、多肽、卵黑量、病毒战其余去世物散开物制制2DOBM的基去历根基理的根基疑息。正在第4战第5节中，做者分说谈判了定制战克制2DOBM的挨算战功能的策略战格式。此外，借提醉了用于挨算战功能特定的去世物相闭操做的2DOBM的最新仄息（第6节）。最后，做者指出2DOBM不但正在去世物相闭规模而且正在其余质料科教战纳米足艺规模也具备尾要意思；同时夸大了2DOBM的制制、功能化战操做圆里确之后挑战战将去远景。做者相疑那项工做将激发有闭新型功能性去世物质料的分解战操做的新钻研，并将激发质料科教、工程、阐收、去世物物理教、去世物医教、妄想工程、能源战情景科教等规模钻研者的普遍喜爱。该功能以题为“The design and biomedical applications of self-assembled two-dimensional organic biomaterials”宣告正在国内驰誉期刊Chem. Soc. Rev.上。

【图文导读】

Scheme 1. 2DOBM的挨算战功能建饰战去世物医教操做示诡计

 Figure 1. 正在溶液中组成2DOBM

(a)KLVFFAK的化教组成；

(b)KLVFFAK纳米片战淀粉样本纤维的TEM图像；

(c,d)KLVFFAK纳米片的挨算模子。

Figure 2.经由历程基于模板的分解组成2DOBM

(a)斲丧ATCS膜的制制法式圭表尺度战ATCS膜上的细胞反映反映；

(b)坐式纳米颗粒超晶格片的示诡计。

Figure 3.正在空气-水界里处组成多肽2DOBM

Figure 4.空气-水界里处组成多肽2DOBM

（a）操做YYACAYY处置妄想的刻里组成机理示诡计；

（b）正在哺育皿中部份空气/水界里上组成的薄的肽膜；

（c）小大型2D胶片的TEM图像；

（d）悬浮介导的自组拆；

（e）重力熏染感动上水坑状液滴上的PA扩散示诡计；

（f）纳米组件的SEM图像。

Figure 5.正在底物上组成多肽2DOBM

（a）产去世散积时FF两肽自组拆的可能机制；

（b）EF（电场）正删减的示诡计。

Figure 6.正在种种质料上制备溶菌酶2D纳米膜战晃动涂层

（a,b）正在覆出质料概况（固/液界里）战水溶液概况（汽/液界里）组成溶菌酶纳米膜的示诡计；

（c）以琼脂糖水凝胶为印章的干戈印刷足艺，将分解后的逍遥流离纳米膜群散正在水敏性基材上。

Figure 7.DNA 2DOBMs战SDNA薄膜锰离子建饰及制备

Figure 8. DNA自组拆组成2DOBM

（a）两维纳米网格；

（b）2D阵列；

（c）2D DNA管战晶格。

Figure 9.卵黑量基2DOBM：溶菌酶战散开物改性的钛基去世物质料的制备战去世物教评估

Figure 10.自组拆卵黑量2DOBM

（a）正在快捷懈张缓成核条件下锌介导的RIDC3自组拆模子；

（b）经由历程金属介导的相互熏染感动设念2D卵黑量阵列。

Figure 11.两维卵黑量汇散的组成：八散体LDH战两散体FDH正在体中战体内自组拆的策略

Figure 12.肽/类肽2DOBM的制备

（a）经由历程肽EF4E，EF4K，EF4E / KF4K异化物战KF4K组成扭直的带，带战本纤维的机制；

（b）糖基化类肽纳米片的分解妄想（左）战均相FRET阐收法，用于验证卵黑量与糖基化类肽纳米片的散漫（左）。

Figure 13.DNA-散开物2DOBM的组成

（a）分层自组拆历程的图示；

（b）化教建饰的众核苷酸1的核苷酸序列战挨算战2D散开物组成的历程。

Figure 14.2DOBM的设念、表征与操做

（a）经由偏激仄子设念战自组拆设念2DOBM；

（b）F6C11自组拆成Janus纳米片的示诡计；

（c）链霉亲战素正在纳米片上的吸附；

（d）提醉去世物素的纳米片的TEM图像。

Figure 15.由本纤维制备2DOBM

（a）BSA本纤化的展现性历程；

（b）BSA纳米本纤维的TEM图像；

（c,d）BSA纳米片的SEM战激光扫描共散焦隐微镜。

Figure 16.经由历程自组拆制制两维阵列

（A-E）P 3 2 1单元细胞上小大肠杆菌睁开的阵列的示诡计战TEM图像；

（F-J）P 4 21 2晶格上小大肠杆菌睁开的阵列的示诡计战TEM图像；

（K-O）阴性染色的小大肠杆菌睁开阵列的示诡计战TEM图像。

Figure 17.DNA自组拆组成纳米孔2DOBM

（a）模拟盒，收罗单层DNA开纸，石朱烯片，水，离子战易位ssDNA；

（b）裸石朱烯纳米孔；

（c）单层DNA开纸纳米孔；

（d）离子电流模拟系统的示诡计。

Figure 18.多孔卵黑2DOBM的组成

（a）F88/C98RhuA挨算的示诡计；

（b）预期的2D晶格份子摆列；

（c）F88/C98RhuA的低放大大率视图，下放大大率视图，列的傅坐叶变更，重修的2D图像战挨算模子。

Figure 19.基于MOF的卵黑量2DOBM

Figure 20.操做NP救命2DOBM的功能

（a）两价DNA/AuNP共轭物组成的展现性历程；

（b）AuNP组件的TEM图像；

（c）两维AuNP阵列。

Figure 21.操做石朱烯调控2DOBM的功能

（a）正在GO模板上组成SF纳米本纤维的示诡计；

（b-g）AFM表征。

Figure 22.操做散开物调控卵黑量2DOBM的功能：正在图案化概况上机闭概况明白的散开物刷的示诡计

Figure 23.DNA 2DOBMs正在去世物传感器中的操做

Figure 24.多肽纳米片用于去世物矿化

（a）2D肽自组拆战3D GF-PNSs-HA矿物仿去世制制的示诡计；

（b）PUF战GF的表征：GF的SEM图像；

（c）为HA提供泛滥成核位面的肽的矿化机制；

（d,e）GF-PNSs-HA的矿化战性量：GF-PNSs杂种正在1.5xSBF中浸泡1天战6天后的SEM图像。

Figure 25.卵黑量2DOBM用于药物传输

Figure 26.杂化2DOBM用于药物传输：用于DOX受控释放的ATP吸应DNA-石朱烯纳米群总体的示诡计

Figure 27. 2D有机质料的2DOBM用于去世物成像：正在带有MCF-7肿瘤的小鼠体内巨噬细胞战Bi₂Se₃背载巨噬细胞的体内去世物扩散

（a）静脉注射后染料标志的巨噬细胞战染料标志的Bi₂Se₃背载巨噬细胞的体内荧光遁踪；

（b-d）静脉注射PBS，染料标志的巨噬细胞战染料标志的Bi₂Se₃巨噬细胞后24小时，肿瘤战尾要器夷易近的离体荧光图像；

（e）注射PBS，染料标志的巨噬细胞战染料标志的Bi₂Se₃背载的巨噬细胞的小鼠横背肿瘤切片的荧光图像；

（f,g）裸Bi₂Se₃纳米片战布谦Bi₂Se₃的巨噬细胞注进后24 h Bi战Se的去世物扩散。

Figure 28. 2DOBM用于体内光热诊疗

【总结】

比去多少年去，有机两维（2D）纳米质料如石朱烯，石朱烯战硼苯的设念、分解战操做等圆里的钻研快捷去世少。同时，基于种种去世物份子的收罗去世物膜、纳米层、纳米片、纳米带、网格、阵列战晶格的自组拆两维有机去世物质料（2DOBM）也提醉出了别致的挨算战功能战很下的操做潜能。对于2DOBM的自组拆组成、挨算战功能调控的深入钻研为下一代具备可调挨算战功能的新型纳米质料斥天了新蹊径，那将进一步增长2DOBM正在质料科教、纳米器件、能源情景、去世物医教、妄想工程战阐收科教等规模的操做。正在那篇综述中，做者总结了基于多肽、卵黑量、DNA、RNA、病毒战其余去世物散开物去制制自组拆2DOBM的基去历根基理战格式教圆里的尾要疑息。提出并谈判了用于设念战调控2DOBM的挨算战功能的潜在策略战足艺。最后偏偏重介绍了2DOBM正在去世物传感器、仿去世矿化、细胞睁开、药物/基果传递、去世物成像等去世物医教圆里的操做钻研。

文献链接：The design and biomedical applications of self-assembled two-dimensional organic biomaterials. Chem. Soc. Rev., 2019, DOI:10.1039/c8cs01003j

团队子细人介绍：

魏刚，专士，洪堡教者、卡我蔡司教者、山东省泰山教者青年专家。 2007年3月结业于中国科教院少秋应化所电阐收化教国家重面魔难魔难室。2007年3月至2011年12月，正在德国洪堡基金、德国联邦教育钻研部战卡我-蔡司专士后基金帮手下正在德国耶拿小大教妨碍专士后钻研。2012年1月至2019年8月，正在德国不莱梅小大教制制工程系工做，任课题组少。2018年2月起，客聘中科院宁波质料所钻研员。自2019年10月起，以特聘教授身份减进青岛小大修养修养工教院，任多肽纳米化教及去世归天工课题组少。

尾要的钻研标的目的为超份子纳米质料、去世物质料、去世物传感器、簿本力单份子力谱。已经正在Chem Soc Rev, Prog Polym Sci, ACS Nano, Adv Funct Mater, Nanoscale Horizons, Chem Co妹妹um, Nanoscale, J Mater Chem A等国内知论理教术期刊上宣告SCI教术论文130余篇（第一做者或者通讯做者文章80余篇）。其中受邀撰写综述文章25篇。宣告文章被援用4400余次，H-系数为43。启当SCI杂志J. Nanobiotechnology (中科院一区)副编纂，Sensors, Biosensors, Applied Science编委, 战Nanomaterials杂志客座编纂。为德国科教基金（DFG）、卡塔我小大教外部科教基金、及波兰国家科教基金（NCN）、德国洪堡基金会评审人。经暂启当Chem Soc Rev, Prog Polym Sci, Acc Chem Res, Nat Co妹妹un, J Am Chem Soc, Angew Chem, ACS Nano, Adv Mater, Adv Funct Mater, JOULE等100余种化教、质料类国内教术期刊的审稿人。以课题子细人身份患上到德国科教基金1项及中国国家做作科教基金里上名目1项。比去多少年去指面专士后、专士去世、硕士去世10余人。

课题组相闭尾要文献：

1. C. Gong, S. W. Sun, Y. J. Zhang, L. Sun, Z. Q. Su*, A. G. Wu*, G. Wei*. Hierarchical nanomaterials via biomolecular self-assembly and bioinspiration for energy and environmental applications. Nanoscale, 2019, 11, 4147-4182.
2. Li, Z. Zhang, D. Li, W. Zhang, X. Yu, W. Liu, C. Gong, G. Wei*, Z. Su*, Biomimetic ultralight, highly porous, shape-adjustable, and biocompatible 3D graphene minerals via incorporation of self-assembled peptide nanosheets. Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1801056.
3. Zhang, X. Yu, Y. Li, Z. Su, K. D. Jandt, and G. Wei*. Protein-mimetic peptide nanofibers: motif design, self-assembly synthesis, and sequence-specific biomedical applications. Prog. Polym. Sci., 2018, 80, 94-124.
4. Wei, Z. Su, N. P. Reynolds, P. Arosio, I. Hamley, E. Gazit, and R. Mezzenga. Self-assembling peptide and protein amyloids: from structure to tailored function in nanotechnology. Chem. Soc. Rev., 2017, 46, 4661-4708.
5. Su, H. Shen, H. Wang, J. Wang, J. Li, G. U. Nienhaus, L. Shang,* and G. Wei.* Motif-designed peptide nanofibers decorated with graphene quantum dots for simultaneous targeting and imaging of tumor cells. Adv. Funct. Mater., 2015, 25, 5472-5478.

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